Small:半花菁组装的纳米系统实现可视化体内一氧化碳生物信号

  1. 研究背景

一氧化碳(CO)是一种剧毒气体,与血红蛋白之间会产生很强的亲和力,因而会对哺乳动物造成致命后果。在生物系统中,作为第二种内源性气体信号分子的CO由血红素加氧酶(HO-1)分解血红素后产生,在血管扩张、神经传递、抗高血压、抗炎和抗凋亡过程中起着至关重要的作用。然而,过量产生CO也与一些严重疾病有关,包括高血压、阿尔茨海默病、炎症和心力衰竭。鉴于CO在生理和病理内扮演的重要角色,迫切的需要寻找一种高选择性和高灵敏度的方法来实时监测体内外CO。目前,虽然报道了一系列的有机探针用于CO成像,然而,这些大部分传统的发光材料由于使用紫外/可见光作为激发源,造成生物样本的自发荧光、光损伤以及组织穿透性差等问题,妨碍了在生物系统内的应用。因此,为了能更为准确反应CO在生物系统内的浓度波动变化,开发出一种近红外激发的传感器实现CO监测显得尤为重要。

2. 文章概述

近日,由南京工业大学周翼姚成朱晨杰团队利用发光共振能量转移原理和上转换纳米子独特的光学性能,设计一例在近红外激发下比率传感CO的上转换纳米系统。实验结果证实,该传感系统具备高选择性、高灵敏性、快速反应、较大比率信号变化和深组织穿透等优势。更重要的是,通过建立三种模型:缺氧-葡萄糖剥夺/再灌注(OGD/R)、脂多糖(LPS)诱导的氧化应激(LOS)和肝缺血再灌注(HIR),实现经纳米系统的比率信号捕捉到由HO-1上调所导致CO浓度的波动情况。这项工作表明,纳米系统的优越性能不仅可以为进一步研究CO在生理和病理环境中的生物功能提供一种有效工具,也可能对生命系统内HO-1表达的追踪显示出巨大潜力。

3. 图文导读

图1. 纳米系统的设计及CO传感机理。

图2. 纳米系统对CO的光学响应。

图3. RAW 264.7巨噬细胞中外源性和内源性CO的比率UCL成像。

图4. OGD/R过程中斑马鱼胚胎内源性CO的比率UCL成像。

图5. 肝组织中CORM-3的比率UCL成像。

6. 活体肝部位产生CO的比率UCL成像。

4. 结论与展望

本工作描述了一种通过设计和构建基于发光共振能量转移机理的纳米系统跟踪CO水平的新策略。该纳米系统为传感水溶液中的CO提供了一种高选择性、高灵敏度的比率检测方法。此外,该纳米系统具有良好的生物相容性,可用于比率可视化活细胞、组织和体内的外源性和内源性CO。更重要的是,为了进一步证实CO是否能够保护机体免受缺氧、急性炎症或缺血性损伤,使用纳米系统来监测OGD/R斑马鱼模型以及LOS和HIR小鼠模型中内源性CO生物信号水平波动。因此,我们认为该纳米系统有望发展成为下一代成像工具,用于探索CO生物信号的功能和预估HO-1在生物体中的表达,并为检测疾病相关离子和生物分子提供有益的想法。

论文信息:

A Hemicyanine-Assembled Upconversion Nanosystem for NIR-Excited Visualization of Carbon Monoxide Bio-Signaling In Vivo

Minan Ye, Jie Zhang, Detao Jiang, Qi Tan, Jingyun Li, Cheng Yao*, Chenjie Zhu, Yi Zhou*

Small

DOI: 10.1002/smll.202202263

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202202263